基于风险分析的吊机评估方法的研究与应用

孟庆鹏，高连烨，时均莲，穆胜军

（1.中海油能源发展采油服务分公司；2.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

1 研究背景

海上平台吊机属于特种设备(起重设备)，也是关键设备。据不完全统计，海上平台300多台，超过15年以上的吊机占18%，有的接近使用寿命，甚至有的服役已达30年。吊机在海洋潮湿的环境与频繁的使用情况下，装卸船时还受海浪的冲击载荷的影响，吊车易出现腐蚀、裂纹等现象，随着服役年限的增加，吊机的安全隐患也呈上升趋势，因此，对故障频发或接近使用寿命的吊机进行风险评估意义重大。

对于接近使用寿命及频繁使用的吊机，如果想继续使用需要开展风险评估工作。虽然起重设备的评估方法可以参照陆地起重机的相关标准，但在设计标准与使用环境上，均不相同。2012年，有限公司颁布了“吊机完整性管理解决方案”，文中提出了风险评估的要求，但没有提出每台吊机的具体做法，因此，形成了一套切实可行的吊机风险评估方法及流程，用于指导现场作业迫在眉睫。

设备资产完整性管理的主要核心技术为基于风险的管理，认知和管理风险要比减少和消除风险更为重要。通过对吊机风险分析的研究与应用，总结导致吊机失效的原因，为以后吊机的设计、制造、生产使用及维护具有指导性的建议。

2 基于风险分析技术的吊机评估方法研究

2.1 机械系统风险分析

吊机机械系统风险评估可采用以可靠性为中心的RCM分析技术。RCM分析的核心技术是监测技术及FMEA风险分析，监测技术振动技术为理论依据，FEMA分析包括关键性分析、失效等级分析、失效模式与影响分析。

2.2 主体钢结构风险评估

吊机主体钢结构风险评估可采用基于风险的检测（RBI）分析技术，RBI对在役设备不采用常规的全面和定期检验方法，而是在风险分析的基础上，对高风险设备针对其特点进行重点检验。

2.3 电仪系统风险评估

吊机电仪系统的风险评估可采用安全完整性等级评估（SIL）技术，SIL评估技术是基于风险的方法，对每个安全系统进行风险分析的基础上进行SIL评估，确定与安全系统相关的安全功能的安全完整性要求。

3 吊机风险评估的应用实例

以HYSY162平台吊机为例，从吊机运维过程中存在的安全隐患入手，通过定性、半定量计算的风险分析技术，实现机械系统、主体钢结构、电仪控系统全面风险评估，吊机各系统风险评估的技术方法如下。

3.1 吊机的各旋转部分采用振动测试理论

振动测试的主要设备包括原动力包括柴油机及电机，多联泵、主起升绞车、副起升绞车，回转绞车，变幅绞车。测量点主要布置在驱动设备的驱动端及非驱动端，以及被驱动设备的驱动端及非驱动端。根据峰值、时域波形频谱分析，判断是否有冲击等异常表现，识别旋转部件潜在的风险，评判旋转部件如吊机、齿轮箱等是否存在故障等安全隐患。

3.2 机械系统及零部件采用RCM分析技术

（1）关键性分析：对机构各零部件发生失效的可能性以及失效后在安全、环境、生产、和维修成本等方面的影响大小进行分析，对这些方面有较大影响的设备，一旦出现故障，将造成重大影响和损失，需要进行RCM分析，从而采取相应的措施，使这些影响降到最低，对那些影响较小的低关键性的设备，则不进行RCM分析。

（2）失效模式及影响分析，分析部件包括吊钩、滑轮、液压元件、电气元件等，分析出每个零部件的故障模式及产生的原因。

（3）失效等级分析：每种失效模式的影响分为高、中、低三种情况。对于高和中影响的失效模式失效原因的分析中，要详细分析失效模式所对应的失效原因及其相应的维修策略，对于低影响的失效模式，不对其分析。

（4）根据分析的结果判定各零部件的安全隐患，制定维保计划。

3.3 电仪系统采用SIL评估技术

吊机电仪系统评估采用SIL评估技术，确定吊机的每个安全仪表功能是否能满足安全完整性的要求，并根据相关标准的要求确定每一特定保护功能所需的安全完整性等级，按照分析计算的结果确定现有配置情况的改进建议及测试计划。

3.4 对吊机机构状态进行风险评判

依据企业标准《吊机完整性管理解决方案》，船级社标准《现有船舶状态评估程序（CAP）指南》《船舶与海上设施起重设备规范》等有关规范，结合振动测试、FMEA分析理论，对机构部分进行风险识别，判断高中低风险部件，对结构部分给定高、中、低风险识别区，最后，给定机械系统、结构系统、液压系统、电气系统给予运行及可靠性评估。

根据API-2C规范要求，吊机主要承载件应确保其安全性，主要承载件包括：吊臂、承载钢丝绳、变幅钢丝绳、悬绳、基座、回转支承环和所有关键紧固件。对主要承载件进行可靠性评估。吊机状态评判，评判等级分为四级：Ⅰ级—很好的状态，Ⅱ—良好状态，Ⅲ-可接受状态，Ⅳ-不可接受状态。

3.5 对吊机主体钢结构进行RBI风险评估

（1）对于主体结构，考虑材料的损伤，科学定量地对结构技术进行评估，提高评估可靠性。

（2）现场调研，测绘，对吊机表面状态如裂纹、腐蚀等进行表面技术状态评估；

（3）收集吊机的图纸、计算书、年检记录、探伤记录、历史维修数据以及载荷图等相关资料；

（4）基于调研数据和测绘数据建立三维CAD建模，建立桥吊主体钢结构力学模型，进行数值模拟，输出整机应力云图，识别出吊机结构最大应力点；

（5）对吊机不同极限工况载荷进行强度仿真，基于虚拟仿真技术，综合考虑吊机结构状态、损伤失效形式及损伤失效原因和测试数据的影响，对吊机整机建模、计算分析、薄弱环节识别评定各项技术指标。

（6）对重要焊缝采用探伤的手段进行风险判别；关键受力部件采用应力测试手段验证强度。

4 结语

HYSY162平台25吨吊车是2017年投产使用的吊车，设计寿命25年，至今已使用2年有余。根据对25吨吊机的现场调研，经评估HYSY平台25吨吊机等级为Ⅱ级，处于良好状态，但也存在一定的风险隐患：

（1）吊机本身功能上的风险要求及时进行整改，以降低吊机本身结构及功能上所产生的风险；

（2）零部件出现风险，建议更换部分零部件，以降低零部件所产生的风险；

（3）吊机钢丝绳即将达到API2C规范中的使用年限，建议提前采购更换，保证吊机安全平稳运行；

（4）目前，吊车资料不完善，图纸与现场不符，变更的图纸资料应及时更新，各类证书应分类整理。